毕业设计（论文）-履带式液压单斗挖掘机三维建模与仿真.docx

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1、履带式液压单斗挖掘机是一种利用单个铲斗挖掘或装栽土填石块的机械,广泛应用于建筑施工、筑路工程、水电工程建设、港口工程、农田改造、国防工事的土石方施工和露天矿场的采掘作业，对减轻繁重的体力劳动，实现土方工程机械化，提高劳动生产率起了很重要作用。液压沱掘机的出现虽然只仃40多年的历史，但是其发展非常迅速。近年来,在国外市场上，挖掘机行情普遍看涨，特别是液压挖掘机.因此这就更需要设计人员开发新产品并改进旧产品，以适应新的形势来增强市场竞争力。发展新产品和改进旧产品都需要进行产品设计，产品设计包括从明确设计任务到确定产品的结构这一系列更杂的工作。本次毕业设计是在李以老师的指导卜.，结合公司实习认识及大

2、学期间的基本理论学习进行“单一的产品仿型设计”。这类设计的特点是：在机淞的工作原理与基本结构形式不变的条件下，对已有产品进行仿典造型设计，也就是通过i堂改变已有产品的零部件尺寸及其不合理的某些结构，使其符合新的设计功能参数与使用环境等要求“这类设计目的明确，乩淞主要性能参数准确，主要结构形式基本不变，有同类机型但某些参数及尺寸不同的设计资料可以借鉴。本次设计中，考虑的般因素有：强度、刚度、可共性、磨损与润滑、振动与噪声、效率、加工工艺、经济性、稳定性、腐蚀、起动与控制、装配工艺、尺寸及重量、外观、安全保护、管理与维修、运输与安装等。本人根据自己选取的较为满意的设计方案、分析所设计机械的特点、使

3、用功能及应满足的主要设计等因素，进行了运动计算、动力计算、强度计算、刚度计算、零件设计、部件设计及运动仿真，决定各个部件的相对位置及连接方法，确定主要零部件的形状尺寸、材料、制造安装等一系列问题.在此基础上，绘出机械的总装图、部件装配图、部分零件图、部件爆炸图及运动仿真工作。本次设计所绘制的挖掘机工作装置总装图是先造型动皆、斗杆、铲斗及液用油缸的部件装配图而后绘制成,之后再进行机器底盘、回转装巴、行走装身及驾驶室的设计。设计零件工作图时，是从机涔的总体要求出发，综合考虑零部件的强度、刚度、工艺性及经济性等设计因素而绘制成零件工作图.1绪论1.1 课题背景及目的履带式液压单斗挖掘机是工程机械的一

4、个重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设工程的土方机械。工程施工中绝大部分的土方工程是由挖掘机来完成的。液压挖掘机利用液压元件（液压泵、液压马达、液压缸等）带动各种构件动作，以实现挖掘、平整、装载等施工作业。液压挖掘机利用液压传动具有如下优点：I、元件布局安装有很大的灵活性，能构成灾杂系统：2、可实现大范围无级调速：3、传递运动平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向：4、操作控制方便、省力，易于实现自动控制和过载保护：5、能自行润滑，元件寿命长等,，6、功率密度大，结构紧凑，重量轻等等.因此.液压挖掘机对于减轻工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建

5、设事业的发展，具有重要意义。液压挖掘机整机结构包括上、下车两大部分，上车部分由转台、司机室、发动机、机械传动系统、液压系统和工作装盥组成，卜.车部分由回转支承、底架和行走装置构成。液压挖掘机整机结构的设汁是对所需设计的液压挖掘机作初步的全面规划、提出有关数据、资料及总体草图，为进步设计、分析计算提供依据，同时前期的参数规范化及部件尺寸的完善化也为后期的仿真工作作下铺垫.1.2 研究意义和其它挖掘机样,此履带式液压单斗挖掘机将给人类带来诸多方便,能广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，还能在农业中得到使用。能适应恶劣的野外工作环境，它在减轻繁重的体力劳动的同时，保证工程质

6、量的前提下，在加快建设速度以及提高劳动生产率的方面也起着相当重要的作用，而且还就具有节约能源的特点，从而使系统发热减少、燃油消耗降低,公害噪声减小、系统设备可靠性提高、液压元件的寿命用长等好处，也可大大节约作业成本和设备维修费用，它必定会受到广大施工作业第位的青睐。通过对履带式液压单斗挖掘机三维建模与仿真，以So1.idWorkS2012、AutoCD2007等软件来进行挖掘机的结构设计、部分部件受力分析及整体机构外部运动仿真。在对挖掘机的结构设计前通过查阅、整理资料、实地考察、综合运用软件分析等一系列研究方法进行整合，结合实际情况制定实适用且实用的设计方案。掌握挖掘机的设计及运动仿真的方法和

7、过程，任务执行者必须根据任务要求严格执行，同时鼓励提出异议、有所创新.综合所学知识，查阅相关资料及产品样本，掌握最新发展动态，更至要的是设计的产品应符合目前技术发展水平，鼓励采用新技术、新思想。通过本设计能达到以综合训练为目的，有利于培养学生独立工作能力，巩固和提高所学知识。1.3 国内部分学科在挖掘机设计方面的工作1994年，刘东升在K0.8m,轮式液压挖掘机对洛阳矿山机械工程设计研究院和工程兵科研一所于1994年10月联合研制成功的0.8m，轮胎式全液压挖掘机的主要技术参数、主要结构特点进行了介绍。1997年，西北建筑工程学院王进在全回转步履式液压挖掘机的总体设计提出了步展式液压挖掘机总体

8、设计的嵯本要求、主要参数的选择与确定方法，及擅机主要参数的选择流程框图。1997年，贾发熔在G小型液压挖掘机的选型3中对液压挖摭机的发展趋势、分类方法进行了阐述。并提出确定设备型号和供货单位的基本程序是首先从市场信息中选出能满足施工要求的若干型号及设备选型应考虑的问题。罗建炎在6液压挖掘机总体参数的经验计算文中根据国内外百余种液压挖掘机的统计分析，以机盘作为主参数,提出了液压挖掘机各种参数的经验公式，可作为液压挖掘机初步设计的参考。西南交通大学新型驱动技术中心的李闯、陈钮尘等在小型液压挖掘机基本参数与整机质量关系中通过对目前整机质量为3至8吨的液压挖掘机基本参数的统计分析和整理，将整机质量与对

9、应参数值绘制成图表，结果显示基本参数与整机版量存在定关系。对其进行拟合，其结果可为小型液压挖掘机设计时基本参数确定提供参考.送阳矿山机错厂的吕韶文在OY1.161轮式液压挖掘机主参数的确定中就WY1.I61轮式液质挖掘机的系统功率、主泵排量、主泵及行走马达的起调压力的选择、计尊、确定进行论述.江苏悦达慈城拖拉机制造有限公司张凤在与轮式掩拉机相配套的液压挖掘机的总体设计分析一文对液压挖掘机的结构性能进行优化设计,通过液压系统的安全可旅设计和整机稳定性的瞪证，从而确保挖掘机的使用可靠性，以增加拖拉机的使用功能。南京农业大学工学院岳春、J为民和江苏清江施拉机有限公司潘祖军、张丙寅在以四轮拖拉机为行走

10、装置的液压挖掘机的总体设计分析中进行了主要参数的选择与计算、挖掘工作装置参数的确定、挖掘装巴与拖拉机连接方式的分析与介绍。2履带式液压挖掘机的基本结构与工作原理2.1设计的基本组成部分图2.1履带式液压挖抠机基本组成1、挖掘手（铲斗）2、铲斗与斗杆连杆机构3、斗杆4、铲斗液压油缸5、斗杆液压油缸6,动网7、动内液压缸8、驾帙室9、尾部机座10、底带回转装置H、行走鼓用.液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。如上图2.1所示为该设计的基本组成部分。履带式液压挖掘机的基本组成部分般还包括柴油机、机罩、油箱、多路阀、回转减速器、PI转马达、回转接头、操纵台、行走减

11、速器、行走马达、平衡重等.2.2液压挖掘机基本工作原理工作装置是宜接完成挖掘任务的装置。它由动将、斗杆、铲斗等三部分皎接而成.动臂的起落、斗杆的伸缩和铲斗的转动都是由往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同环境施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、推土、冲击等多种机械作业工具。回转装置与行走装置是液压挖掘机的主体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大部分采用柴油机，也可改用电动机。液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装巴动作，从而完成各种施工作业。3液压挖掘机工作装置的设计3.1该设计基本参

12、数（已知）履带式液压单斗挖掘机的基本技术参数：整机质量：6000kg；标准斗容量：0.25m3:发动机功率：60kW；铲斗宽度：800mm；最小挖掘深度：3500mm；最大挖掘深度：580Omm；最大挖掘半径：6000mm；坡大卸载高度：3600mm:液压系统工作压力：28即a:最大流量：63x21.min；爬坡度：27.8；最大牵引力：48kN:最大行走速度：5kmh；最低行走速度：3kmh；外形尺寸（长X宽X高）：7800mmX2100OMX2500rnn.3.2 液压挖掘机工作装置的工作原理液用挖掘机工作装置的运作主要分三个阶段完成：1）动寓借助其支承液压缸活塞杆在工作行程范围内的伸缩，

13、实现动臂围绕转台上的较接点作旋转运动，进而实现动情升降和信仰变位等运动：（2）斗杆与动臂的端部以皎接的形式连接，借助其支承液压油缸（缸的端支点固定在动臂上）活塞杆在工作行程范围内的伸缩，实现斗杆围绕动耨端部的皎接点作旋转运动，进而改变和确定挖掘方位；（3）控制铲斗铲挖动作的液压油缸的端部支点设在斗杆尾部，通过铲斗液压油缸活塞杆的伸缩及连杆机构的运动，实现铲斗围绕斗杆端部较接点的旋转运动，进而完成整个挖土过程。铲斗的挖掘力和挖掘深度均可通过铲斗液压油缸活塞杆的伸缩动作进行调整。3.3 液压挖掘机工作装量主要数的确定3.3.1 铲斗容铲斗容量的计算一般有两种方法：即平装斗容和堆尖斗容。在国内用于挖

14、掘机铲斗容量标定的标准有：GB/T21941-2008土方机械液用挖掘机和挖掘装载机的反俨斗和抓俨斗容量标定。其中对液乐挖掘机反铲斗平装容无匕的确定方法如下.各尺寸确定如图3.1所示I-标定面2一友面积S1.3一的质心S1.以标定面为边界的反铲斗（向的内表面枳.w一在铲斗质心处的铲斗截面内部宽度。X-反铲斗前绿的切削刃（或切削面与背板上绿标定向相连的距禹.一反铲斗IW板上缘以低点到标定面的最大率直深度.堆尖斗容的确定方法如下%=叱3/6+（叱2/4）（乂_叱）(3.2)各尺寸确定如图32所示其中叱=（警）+2E乙一背板的宽度；%一板的内部宽度：E一侧板的厚度初取4=4=O80m,E=0.02m

15、,X=0.6m各项数据代入式（3.2）后得到VZE=O.05645。由于本次地计取铲斗容量为02511?的铲斗，在预先确定最大挖掘半径为0.60m,铲斗宽度为0.80m的情况下，在So1.idworks中对铲斗进行三维实体造型，通过改变铲斗深度，并利用SO1.idWorkS中的体枳和质量计算功能最终确定出铲斗的合适的几何尺寸。3.3.2 挖掘力如图3.3的计算简图:图3.3挖掘力计蟀简图铲斗挖掘力与斗杆挖掘力的计算公式分别为：FB=牛%(3.3)1DIB式中：益-铲斗挖掘力.M-斗杆挖掘力,Me-工作装置最大设定压力，1%：A1.-铲斗油缸作用面积,nV：4-斗杆油缸作用面枳，m:转斗油缸作用

16、力号,m：%-摇杆的作用力图.m：/M,设C=MJA，则平台满斗回转减速时间为平台减速时转向为b2CM(4.4)(4.3)5液压挖掘机行走装置的设计行走装置是挖掘机的支承部分，它承受机械自揖及作业时的其它作用力，来保证挖掘机稳定支承在地面上工作。单斗液压检掘机广泛采用履带式和轮胎式行走装置，此设计采用履带行走装置.5.1行走装置的介绍履带行走装置的典型结构如图5.1所示，由连接回转支承装置的行走架4通过支重:轮7、履带5符载荷传至地面。履带呈封闭状环绕过驱动轮I和导向轮2,为了减少履带上分支挠度，履带由12个托德轮2支持。行走装置的动力由行走液压马达经过行走减速机传到驱动轮9,使整个行走装置运

17、行。当履带由丁磨损而伸长时，可由张紧装置6调整其松紧度。图5.1腿带行走机构图I一驱动轮:2TEta轮：3一支重轮：4一行走架：5屐带：6-张紧装置：7导向轮5.1.1驱动轮图5,2组合式履.带卵动轮驱动轮常位于行走装置的后部.缩短履带驱动段的长度并提高履带的使用寿命，其形状如上图5.25.1.2托链轮托链轮的作用是托起上部履带，防止其过度下垂。5.1.3支重轮挖掘机行走时支重轮受到冲击，承受载荷较大，是挖掘机重力传递还给地面履带的纽带。由于其采用滑动轴承较多，因此采用油封防，35.1.4 行走架行走架按结构的不同分为：箱式、组合式和整体式。新式行走架箱式结构的行走架，一般用在少支点支承的挖掘

18、机上。底架为封闭的格式结构，以保证其强度和刚度，底架一般直接和腰带架相连。为了方便运输，这种机构往往做成将履带架用高强度螺检连接于行走架.箱式行走架刚度大、承我能力高，可保证挖掘机就地转弯时有较好的刚性.缺点是驱动轮采用悬低安装方式，承受附加的弯矩，同时底架和履带架的连接处受力也较大。组合式行走架组合式行走架的底架为框架结构，横梁是工字钢或焊接的箱形梁，插入程带架孔中。履带架通常采用卜部敞开的“门”形截面，以方便安装聊动轮、导向轮和支重轮.组合式行走结构的优点是不需改变底架结构就能换装加宽的横梁或加长的履带架，就能改善挖掘机的稳定性并降低接地比压。缺点是履带架截面削弱较多，刚性较差，在截面削弱

19、处很容易产生裂铤。整体式行走架整体式行走架是在组合式行走架的基础上发展起来的，适用于大批量牛产以降低成本，现在中小型液压挖掘机上应用极为广泛。将底架、横梁和脱带架焊为一体，使其具有构造简单、布置紧凑、质量轻、刚性好等一系列优点。由于此结构可使支重轮直径做的较小，使得支重轮数量每边可装5至9个,因此机器重力和挖掘力产生的压力，可以均匀的传给地面，从而利丁在承教能力较低的地面使用。结合上面分析，本次设计采用整体式行走架。如图5.3所东。195.3整体式行走架5.1.5 履带考虑到机器的稳定性、足够的牵引力并适应更困难的工况施工，此设计采用组合式履带结构。5.1.6 履带张紧装置1一张紧轮；2一又架

20、：3防尘油封：4一丫鞭油封；5一缸筒；6一。膨圈：7一缓冲弹簧：8一机架:9一弹黄座：10一弹宽杆：I1.一柱塞履带张装置的作用是保证履带行走装置的正常工作，减小行走的冲击载荷和额外的功率损耗，并保证履带具有一定的张紧度.履带的张紧装置借助于导向轮来实现对履带的张紧。5.1.7 导向轮导向轮的作用是引导粗带正确旋转以及防止其跑偏等。5.2行走装置的设计与仿真图5.5行走装过的设计导向轮与张紧油缸、张素弹簧相连接，式履带张紧度适当；在履带前端受到外力冲击时，通过导向轮将冲击力传到张紧师簧起缓冲作用，防止履带损伤。终传动包括行走马达和行走减速机构，作为驱动轮为机胧行走提供动力,将液压能通过行走马达

21、转变为机械能，经过齿轮减速机构减速，转矩增加，由链轮带动履带转动实现机器行走。6液压挖掘机驾驶室的设计6.1 驾驶室的总体设计要求驾驶室要视野开阔、美观大方，具有一定的审美价值。比例、尺寸符合人机工程学及审美学要求。具有保障驾驶员人身安全的结构形式或措施,主要指防倾翻装置.室内应空气畅通，温度可以调节。具有隔热、减振及降噪功能。具备足够的刚性和强度。图6.1驾驶室造型外观图6.2 驾驶室座椅的设计要求座椅的形式和尺度与驾驶者坐的目的有关：座椅的尺度必须与相对应的驾驶员测量值配合，人体坐姿时各关节舒适角度：座椅的设计必须能提供驾驶者足够的支撵与稳定作用：座椅的设计必须能使驾驶者改变其姿势，但其椅垫必须足以防止坐姿行为中的滑脱现象：靠背特别是在腰部的支撑，可降低1柱所产生的紧张压力；座里必须有充分的衬垫和适当的硬度使之有助于将人体的压力分布于坐骨结节附近。6.3 操作装置的布置要求挖掘机驾驶员通过控制件种操作装宜来完成挖掘机的行走、运转以及铲斗的挖掘、卸料等动作。挖掘机的主要操作装置分为以下几类，操纵杆、脚踏板、扶手和各种电气按钮.操纵杆、脚踏板和扶手受自身形状和体积的制约布置时必须综合考虑各方而的因素，特别是人体生理学方